KR20090033877A - Inductive coupling coil and inductive coupling plasma apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼 가공 장치용 부재에 관한 것으로서, 특히 유도 결합 코일 및 이 유도 결합 코일을 채용한 플라즈마 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a member for a semiconductor wafer processing apparatus, and more particularly to an inductive coupling coil and a plasma apparatus employing the inductive coupling coil.
현재 전자 기술의 고속 발전에 따라 사람들은 집적회로의 집적도에 대한 요구가 날로 높아지고 있으며, 이는 집적회로를 생산하는 기업이 계속적으로 반도체 웨이퍼의 가공능력을 향상시키도록 요구하고 있다. 플라즈마 장치는 IC(집적회로) 또는 MEMS(미세전자기계시스템) 소자의 제조 공정 중에 광범위하게 응용되고 있다. 여기서, ICP(유도 결합 플라즈마 장치)는 식각 공정 중 광범위하게 응용되고 있다. 저압에서 반응기체는 전파 주파수 파워의 여기하에 전자 이온화로 플라즈마를 형성하고 플라즈마에는 다량의 전자, 이온, 여기상태의 원자, 분자 및 자유래디컬 등 활성 입자를 포함하는데, 이러한 활성 입자 및 식각되는 물질의 표면은 각종 물리 및 화학반응을 발생시키고 휘발성 생성물을 형성함으로써 재료 표면 성질이 변화된다. With the rapid development of electronic technology, people are increasingly demanding integrated circuit density, which requires companies that manufacture integrated circuits to continuously improve the processing capacity of semiconductor wafers. Plasma devices are widely used in the manufacturing process of ICs (Integrated Circuits) or MEMS (Microelectromechanical Systems) devices. Here, ICP (Inductively Coupled Plasma Apparatus) is widely applied in the etching process. At low pressure, the reactor forms electrons by ionization under excitation of propagation frequency power, and the plasma contains a large amount of active particles such as electrons, ions, excited atoms, molecules, and free radicals. Surfaces undergo various physical and chemical reactions and form volatile products that change the material surface properties.
도 1이 나타내는 유도 결합 플라즈마 장치는 현재 대다수 반도체 식각 장치가 채용하는 구조이다. 반도체 가공 공정에서 유전체 윈도우(1) 중앙의 진입구(2) 로부터 반응 챔버(3)로 진입한 공정 기체는 상방의 유도 결합 코일(4)의 이온화에 의해 플라즈마를 형성하고, 생성된 플라즈마는 웨이퍼(5) 표면의 재질을 식각한다. 시스템의 분자 펌프는 배기구(6)로부터 반응 챔버(3)의 기체를 추출하여 배출한다. 이 과정에서 기체가 이온화되어 플라즈마를 생성하는 전파 주파수 파워는 유도 결합 코일(4)로부터 온다. 현재 유도 결합 코일(4)의 여기 방식에 있어 가해지는 것은 13.56MHz 전파 주파수이고, 유도 결합 코일(4) 내 전파 주파수 전류가 있어 변화하는 자기장을 생성할 수 있다. 패러데이 전자기 유도 법칙에 따라 이 변화하는 자기장은 전기장을 유도함으로써 반응 챔버(3) 내 반응기체를 이온화시켜 플라즈마로 생성한다. 여기된 플라즈마는 챔버(3) 내에서 부재와 상호 작용하여, 부재에 대해 식각 또는 부재 상에 재료를 침적한다. 부재는 일반적으로 원형 평면의 반도체 웨이퍼이다. 배기 방식 또는 반응 챔버(3)의 비대칭으로 인해 일반적으로 반응 챔버(3) 내 입자 밀도, 온도 및 플럭스의 비대칭이 일어난다. 기체 흐름의 비대칭은 플라즈마 전도율의 비대칭을 유발시키고, 플라즈마 전도율의 비대칭은 파워 침적의 뷸균일을 유도하여 전자 충돌 이온의 불균일을 일으킨다. 웨이퍼(5)의 크기가 증가함에 따라 반응 챔버(3)의 부피도 따라서 증가하며, 가장자리와 중심의 플라즈마 밀도의 분포의 불균일성도 더욱 명확해진다. 따라서, 현재 대다수의 식각 장치는 모두 식각율이 불균일한 문제가 존재하며, 이는 반도체 제조 공정에 큰 불리한 영향을 조성한다.The inductively coupled plasma apparatus shown in FIG. 1 is a structure currently employed by most semiconductor etching apparatuses. In the semiconductor processing process, the process gas entering the reaction chamber 3 from the
식각 물질의 표면에 비교적 균일한 식각율을 얻기 위해, 반응 챔버(3) 내 웨이퍼(5) 상방에 비교적 균일한 플라즈마 밀도 분포를 획득해야할 필요가 있으며, 즉 웨이퍼(5) 상에 비교적 균일한 플라즈마 분포를 획득함으로써 식각 품질을 향상시킬 수 있다.In order to obtain a relatively uniform etching rate on the surface of the etching material, it is necessary to obtain a relatively uniform plasma density distribution above the
도 2에서 도시한 바와 같이, 현재 통용되는 유도 결합 코일(4)의 구조는 평면 나선형 구조이고, 여기되는 플라즈마는 매우 불균일하다. 상기 유도 결합 코일이 반응 챔버의 중앙 부분에서 여기시키는 전자장이 비교적 강하므로, 중앙부분에서 생성되는 플라즈마의 밀도는 비교적 높아, 오직 분사에 의해서만 주변의 밀도가 낮은 영역을 보완할 수 있으므로 이는 기체 압력에 대한 의존성을 크게 증가시켜 1-10mTorr의 범위 내에서만 최고의 응용 성능을 나타낼 수 있게 된다. 이로 인해 공정의 조절 가능한 윈도우는 아주 작아지게 되고, 반도체 제조 공정에 큰 제약을 만들게 된다. 플라즈마 밀도 분포가 불균일할 때, 웨이퍼 상의 식각 깊이 또는 재료가 웨이퍼 상에서 침적되는 두께도 불균일하게 되어 이로부터 소자의 품질을 떨어뜨리게 된다. 특히 웨이퍼의 크기가 100mm에서 300mm로 증가할 때, 반응 챔버의 부피도 따라 커져서, 만약 분사에만 의존하여 플라즈마 밀도를 균일하게 하고자 하는 것은 매우 비현실적인 것이다.As shown in Fig. 2, the structure of the induction coupling coil 4 currently used is a planar spiral structure, and the plasma to be excited is very nonuniform. Since the electromagnetic field excited by the inductive coupling coil in the central part of the reaction chamber is relatively strong, the density of the plasma generated in the central part is relatively high, and only the injection can compensate for the low density of the surrounding area. The dependence on the device is greatly increased, resulting in the best application performance within the range of 1-10mTorr. This makes the processable window of the process very small and places great constraints on the semiconductor manufacturing process. When the plasma density distribution is uneven, the etching depth on the wafer or the thickness of the material deposited on the wafer also becomes uneven, thereby degrading the quality of the device. In particular, when the size of the wafer is increased from 100 mm to 300 mm, it is very unrealistic to increase the volume of the reaction chamber along with it so that the plasma density can be made uniform depending only on the injection.
또한, 웨이퍼의 직경이 300mm에 도달하는 경우 이에 따라 유도 결합 코일의 크기도 증가시켜야 하며, 웨이퍼를 가공하는 데 사용되는 플라즈마 챔버의 부피도 증가시켜야 할 필요가 있어, 이로부터 유전 윈도우(1)의 두께는 반드시 이에 따라 증가해야 한다. 그렇지 않으면, 유전 윈도우(1)는 챔버 외의 대기압과 챔버 내의 진공 사이의 압력차를 견디기 어렵게 된다. 그러나 전자 주파수 필드가 유전 윈도우(1)를 투과한 후 충분한 플럭스 밀도로 플라즈마를 여기하지 못해, 두꺼워진 유 전 윈도우(1)는 에너지의 결합 효율이 떨어진다. 또한, 웨이퍼의 직경이 증가함에 따라 이러한 종류의 전통적인 유도 결합 코일의 길이도 현저히 증가하고, 전자 주파수 여기 소스의 8분의 1 파장에 근접하거나 초과하게 된다. 이렇게 유도 결합 코일의 전송선의 효과가 명확히 나타나, 전류 및 전압의 현저한 변화를 생성함으로써, 자기장 플럭스 밀도가 플라즈마 중 뚜렷이 변화하게 되어 불균일한 플라즈마 밀도를 형성함으로써, 부재 가공의 불균일을 조성한다.In addition, when the diameter of the wafer reaches 300 mm, the size of the inductive coupling coil must be increased accordingly, and the volume of the plasma chamber used to process the wafer needs to be increased, thereby increasing the volume of the dielectric window 1. The thickness must increase accordingly. Otherwise, the dielectric window 1 will be difficult to withstand the pressure difference between atmospheric pressure outside the chamber and vacuum in the chamber. However, after the electron frequency field has penetrated the dielectric window 1, it does not excite the plasma with sufficient flux density, so the thickened dielectric window 1 has low energy coupling efficiency. In addition, as the diameter of the wafer increases, the length of this type of traditional inductive coupling coil also increases significantly, approaching or exceeding the eighth wavelength of the electron frequency excitation source. Thus, the effect of the transmission line of the inductive coupling coil is clearly shown, and by generating a significant change in current and voltage, the magnetic field flux density is changed in the plasma to form a nonuniform plasma density, thereby creating a non-uniformity of the member processing.
다른 방면에서, 유도 결합 코일의 크기가 증가할 때, 그 유도도 따라 변화하게 되고, 이에 따라 유도 결합 코일의 양단의 전압도 따라서 증가한다. 큰 전압은 유도 결합 코일 및 플라즈마 사이에 정전용량 결합을 일으키고 이러한 정전용량 결합은 이온의 기능을 증가시켜, 정확히 제어 처리를 하기 어렵게 되어, 웨이퍼의 미세 부하 효과를 증가시켜 소자의 품질을 떨어뜨리게 된다. 또한, 비교적 높은 운동 에너지를 가지는 이온이 플라즈마 챔버 내벽을 충돌하여 입자 오염을 형성한다. 큰 유도는 또한 불안정한 임피던스 매칭 및 낮은 결합율을 조성하여, 반경 방향 플라즈마 밀도의 뷸균일성을 증가시키게 된다.On the other hand, as the size of the inductive coupling coil increases, its induction also changes, and accordingly the voltage across the inductive coupling coil also increases. Large voltages cause capacitive coupling between the inductive coupling coil and the plasma, and these capacitive couplings increase the function of the ions, making it difficult to control accurately, increasing the microloading effect of the wafer and degrading device quality. . In addition, ions with relatively high kinetic energy impinge on the inner wall of the plasma chamber to form particle contamination. Larger induction also creates unstable impedance matching and low coupling rates, increasing the bulge uniformity of the radial plasma density.
본 발명은 선행기술의 기술문제를 해결하는 유도 결합 코일 및 그 유도 결합 코일을 채용하는 플라즈마 장치를 제공하고자 한다. 본 발명의 핵심 유도 결합 코일로써 다수의 분기로 코일을 구성하고 각 분기는 평면부와 입체부로 유기적으로 결합되어, 플라즈마는 반응 챔버 내의 웨이퍼 상방에 균일하게 분포하게 되므로 웨이퍼 표면에 화학반응의 속도 차이가 비교적 적게 되고 식각율이 균일하게 되므로, 웨이퍼의 식각 품질을 향상시킨다. 본 유도 결합 코일을 채용한 플라즈마 장치도 동일하게 플라즈마 분포가 균일하고, 식각율도 균일하며, 식각 품질이 높은 특징을 가지게 된다.The present invention is to provide an inductive coupling coil and a plasma apparatus employing the inductive coupling coil to solve the technical problems of the prior art. The core inductive coupling coil of the present invention constitutes a coil with a plurality of branches, and each branch is organically coupled into a planar portion and a three-dimensional portion, so that the plasma is uniformly distributed above the wafer in the reaction chamber, and thus the difference in the rate of chemical reaction on the wafer surface. Is relatively small and the etching rate becomes uniform, thereby improving the etching quality of the wafer. Similarly, the plasma apparatus employing the inductive coupling coil has the characteristics of uniform plasma distribution, uniform etching rate, and high etching quality.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 다수개의 구조가 동일한 독립분기가 어셈블리로 이루어지고, 상기 다수개의 독립 분기는 동일 축선을 가지며, 축선에 대해 대칭 위치인 유도 결합 코일을 제공한다.According to one embodiment of the present invention, the present invention provides an inductive coupling coil having an independent branch having a plurality of structures having the same assembly, wherein the plurality of independent branches have the same axis and are symmetrical with respect to the axis.
여기서, 상기 각 독립 분기는 입체부와 평면부를 포함하고, 상기 입체부는 축선 방향으로 연장되고; 상기 평면부는 축선에 수직한 평면방향으로 사방으로 연장되며; 상기 입체부의 저부 단자와 평면부의 저부 단자는 매끄럽게 연결된다.Wherein each of the independent branches comprises a three-dimensional portion and a planar portion, wherein the three-dimensional portion extends in the axial direction; The planar portion extends in all directions in a plane direction perpendicular to the axis; The bottom terminal of the three-dimensional portion and the bottom terminal of the flat portion are connected smoothly.
여기서, 상기 각 독립 분기의 평면부는 나선형으로 사방으로 연장되고, 특히 상기 각 독립 분기의 평면부는 아르키메데스 나선형 또는 인벌루트(involute) 나선형 또는 볼텍스(vortex) 나선형으로 사방으로 연장된다.Here, the planar portion of each independent branch extends in all directions in a spiral, and in particular, the planar portion of each independent branch extends in all directions in an Archimedes spiral or an involute spiral or a vortex spiral.
여기서, 상기 각 독립 분기의 입체부는 축선을 따라 나선형으로 상승한다. 상기 각 독립 분기의 입체부는 상방으로 그 나선의 직경이 동일하거나 직경이 점차 감소하거나 직경이 점차 증가한다. Here, the three-dimensional portion of each independent branch rises helically along the axis. The three-dimensional portion of each of the independent branches upwards has the same diameter, gradually decreases in diameter, or gradually increases in diameter.
상기 독립 분기는 n(n은 2와 같거나 큰 정수)개가 있다.The independent branches are n (n is an integer equal to or greater than 2).
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명은 또한 상기 유도 결합 코일을 응용한 유도 결합 플라즈마 장치로서, 반응 챔버를 포함하며, 상기 반응 챔버 상부에 유전 윈도우를 설치하고, 상기 유전 윈도우의 상부에 유도 결합 코일을 설치하며, 상기 유도 결합 코일은 전파 주파수 정합기와 전파 주파수 전원과 연결된다.According to another embodiment of the present invention, the present invention also provides an inductively coupled plasma apparatus employing the inductively coupled coil, comprising a reaction chamber, installing a dielectric window on top of the reaction chamber, and on top of the dielectric window. An inductive coupling coil is installed, and the inductive coupling coil is connected to a radio frequency matching device and a radio frequency power source.
상기 유도 결합 코일의 다수개의 독립 분기는 상호 병렬로 연결된 다음 상기 주파수 정합기와 연결된다.A plurality of independent branches of the inductive coupling coils are connected in parallel to each other and then to the frequency matcher.
상기 유도 결합 코일의 각 독립 분기는 상기 전파 주파수 정합기와 각각 연결된다. Each independent branch of the inductive coupling coil is connected to the propagation frequency matcher, respectively.
상기 유도 결합 코일의 각 독립 분기는 병렬로 연결되고, 병렬 연결 후의 입력단은 가변정전용량과 직렬 연결되며, 출력단은 접지를 통해 정전용량이 접지된다.Each independent branch of the inductive coupling coil is connected in parallel, the input terminal after the parallel connection is connected in series with the variable capacitance, and the output terminal is grounded through the grounding of the capacitance.
상기 유도 결합 코일의 각 독립 분기의 입력단은 각각 가변정전용량과 직렬연결되고, 그 다음 병렬 연결되며, 출력단은 접지를 통해 정전용량이 접지된다. The inputs of each independent branch of the inductive coupling coil are each connected in series with a variable capacitance, and then in parallel, and the output is grounded through capacitance to ground.
본 발명이 제공하는 상기 기술 방안으로부터, 본 발명이 제공하는 유도 결합 코일의 각 독립 분기는 모두 평면부와 입체부의 결합이고, 입체부는 중간에 위치하기 때문에, 이러한 구조는 유도 결합 코일이 반응 챔버 중간에 생성하는 전기장을 상기 유도 결합 코일의 평면부가 챔버 내에 상응하는 위치에서 생성하는 전기장보다 작게 하여, 선행 기술 중 유도 결합 코일의 결함을 해결함으로써, 플라즈마의 챔버 중심 및 가장자리의 분포를 더 균일하게 한다. From the above technical solution provided by the present invention, since each independent branch of the inductive coupling coil provided by the present invention is all a combination of the planar portion and the three-dimensional portion, and the three-dimensional portion is located in the middle, such a structure is such that the inductive coupling coil is the middle of the reaction chamber. The electric field generated in the induction coupling coil is made smaller than the electric field generated in the corresponding position in the chamber to solve the defect of the induction coupling coil in the prior art, thereby making the distribution of the chamber center and the edge of the plasma more uniform. .
또한, 본 발명에서 구조가 기본적으로 동일한 독립 분기를 대칭 및 병렬연결시킴으로써, 유도 결합 코일의 유도를 감소시켜 대면적의 플라즈마를 용이하게 획득할 수 있어, 대면적 공정의 플라즈마의 균일성을 개선할 수 있다. 동시에 이런 종류의 유도 결합 코일의 구조는 반응 챔버의 전자장 분포를 대칭으로 하여, 플라즈마의 중심 및 가장자리에서의 분포를 더욱 균일하게 한다. 플라즈마는 반응챔버 내에서 균일하게 분포하여 식각 물질의 표면에 화학반응이 발생하는 속도 차이가 비교적 작고 식각율이 균일함으로써 웨이퍼의 식각 품질을 향상시킨다. In addition, in the present invention, by symmetrically and parallelly connecting independent branches having basically the same structure, the induction of the inductive coupling coil can be reduced to easily obtain a large-area plasma, thereby improving the uniformity of the plasma in the large-area process. Can be. At the same time, the structure of this kind of inductive coupling coil makes the electromagnetic field distribution of the reaction chamber symmetrical, making the distribution at the center and the edge of the plasma more uniform. Plasma is uniformly distributed in the reaction chamber to improve the etching quality of the wafer because the rate difference at which the chemical reaction occurs on the surface of the etching material is relatively small and the etching rate is uniform.
또한, 본 발명이 제공하는 유도 결합 코일을 채용하는 플라즈마 장치는 동일하게 반응 챔버 내 플라즈마 분포가 균일하고, 식각 물질 표면에 발생하는 화학반응의 속도 차이가 작으며, 식각율이 균일하다는 등의 장점을 가짐으로써, 이러한 플라즈마 장치를 채용하여 식각 공정을 진행하는 것은 웨이퍼의 식각 품질을 충분히 향상시킬 수 있다.In addition, the plasma apparatus employing the inductively coupled coil provided by the present invention has the advantages of uniform plasma distribution in the reaction chamber, small difference in speed of chemical reaction occurring on the surface of the etching material, uniform etching rate, and the like. By employing the above, the etching process by employing such a plasma apparatus can sufficiently improve the etching quality of the wafer.
도 1은 종래 기술의 유도 결합 플라즈마 장치의 구조를 보이는 개략도;1 is a schematic view showing the structure of a prior art inductively coupled plasma apparatus;
도 2는 종래 기술의 유도 결합 코일의 구조를 보이는 개략도;2 is a schematic view showing the structure of a prior art inductive coupling coil;
도 3은 본 발명의 유도 결합 코일의 제1실시예의 입체 구조를 보이는 개략도; 3 is a schematic view showing a three-dimensional structure of the first embodiment of the inductive coupling coil of the present invention;
도 4는 본 발명의 유도 결합 코일의 제1실시예의 평면 구조를 보이는 개략도; 4 is a schematic view showing a planar structure of a first embodiment of an inductive coupling coil of the present invention;
도 5는 본 발명의 유도 결합 코일의 제1실시예의 정면 구조를 보이는 개략도; 5 is a schematic view showing a front structure of a first embodiment of an inductive coupling coil of the present invention;
도 6은 본 발명의 유도 결합 코일의 제2실시예의 입체 구조를 보이는 개략도; 6 is a schematic view showing a three-dimensional structure of a second embodiment of an inductive coupling coil of the present invention;
도 7은 본 발명의 유도 결합 코일의 제2실시예의 정면 구조를 보이는 개략도; 7 is a schematic view showing a front structure of a second embodiment of an inductive coupling coil of the present invention;
도 8은 본 발명의 유도 결합 코일의 제2실시예의 평면 구조를 보이는 개략도; 8 is a schematic view showing a planar structure of a second embodiment of an inductive coupling coil of the present invention;
도 9는 본 발명의 유도 결합 플라즈마 장치의 제1실시예의 구조를 보이는 개략도; 9 is a schematic view showing the structure of a first embodiment of an inductively coupled plasma apparatus of the present invention;
도 10은 본 발명의 유도 결합 플라즈마 장치의 제2실시예의 구조를 보이는 개략도; 10 is a schematic view showing the structure of a second embodiment of an inductively coupled plasma apparatus of the present invention;
도 11은 본 발명의 유도 결합 플라즈마 장치의 제3실시예의 구조를 보이는 개략도. 11 is a schematic view showing the structure of a third embodiment of an inductively coupled plasma apparatus of the present invention.
본 발명이 제공하는 유도 결합 코일은 다수의 구조가 동일한 독립 분기 어셈블리로 이루어지고, 상기 다수개의 독립 분기는 축선이 동일하며, 축선에 대해 대칭 위치이다. 아래 도 3 내지 도 8을 결합하여 상세히 설명한다.The inductive coupling coil provided by the present invention consists of independent branch assemblies having a plurality of structures having the same structure, wherein the plurality of independent branches have the same axis and are symmetrical with respect to the axis. 3 to 8 will be described in detail below.
도 3, 도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예의 유도 결합 코일은 두 개의 구조가 동일한 독립 분기 어셈블리로 이루어지고, 두 개의 독립 분기는 축선이 동일하며, 축선에 대해 대칭 배치를 가진다. 각 독립 분기는 입체부(10)와 평면부(11)를 포함한다.As shown in Figs. 3, 4 and 5, the inductive coupling coil of the first embodiment of the present invention is composed of two independent branch assemblies having the same structure, and two independent branches have the same axis, and with respect to the axis. It has a symmetrical arrangement. Each independent branch includes a three-
여기서, 입체부(10)는 축선을 따라 연장되는데, 구체적으로는, 입체부(10)는 축선을 따라 나선형으로 상승할 수 있다. 나선의 직경은 동일할 수도 상이할 수도 있다. 예를 들어 상방으로 올라갈수록 직경이 점차 감소하거나 상방으로 올라갈수록 직경이 점차 증가할 수 있다. 또한 상승하는 나선의 간격도 제한되지 않으며, 동일한 간격이 될 수도 있다; 또는 상이한 간격일 수도 있으며, 예를 들어 간격이 증가하거나 감소할 수 있다.Here, the three-
평면부(11)는 축선에 수직한 평면을 따라 사방으로 연장되는데, 구체적으로는, 평면부(11)는 나선일 수 있고, 예를 들어 아르키메데스 나선 또는 인벌루트 나선 또는 볼텍스 나선이 될 수 있고, 또는 사방으로 충분히 연장되는 다른 형태일 수 있다. 또한 평면부(11)의 내부 단자와 입체부(10)의 저부 단자는 매끄럽게 연결된다.The
도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예의 유도 결합 코일의 구조의 원리와 제1실시예는 동일하며, 둘의 다른 점은: 제1실시예의 유도 결합 코일이 두 개의 구조가 동일한 독립 분기 어셈블리로 이루어진 반면, 제2실시예의 유도 결합 코일은 세 개의 구조가 동일한 독립 분기 어셈블리로 이루어져 있다는 것이다.6, 7 and 8, the principle and the first embodiment of the structure of the inductive coupling coil of the second embodiment of the present invention are the same, and the difference between the two is: inductive coupling coil of the first embodiment While these two structures are made of the same independent branch assembly, the inductive coupling coil of the second embodiment is that the three structures are made of the same independent branch assembly.
이해할 수 있는 것은 본 발명이 제공하는 유도 결합 코일이 포함하는 독립 분기의 수량은 상기 실시예의 상술한 두 개 또는 세 개에 한정되지 않으며, 이론상 n 개, 여기서 n 은 2와 같거나 2보다 큰 임의의 정수가 될 수 있다는 것이다. 실제로 n 은 상술한 관계를 만족하고 상술한 유도 결합 코일의 n 개 독립 분기 동축선을 형성하며 축선에 대해 대칭 위치를 가지면 족하다. It is to be understood that the number of independent branches included in the inductive coupling coil provided by the present invention is not limited to the two or three of the above embodiments, and in theory n, where n is any greater than or equal to two. Can be an integer. In practice, n satisfies the relationship described above, forms n independent branched coaxial lines of the above-described inductive coupling coil and has a symmetrical position with respect to the axis.
본 발명은 또한 상기 유도 결합 코일을 응용한 유도 결합 플라즈마 장치를 제공하는데, 아래 도 9, 도 10 및 도 11을 결합하여 상세히 설명한다.The present invention also provides an inductively coupled plasma apparatus using the inductively coupled coil, which will be described in detail with reference to FIGS. 9, 10, and 11 below.
동시에 도 9, 도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명이 제공하는 유도 결합 플 라즈마 장치는 반응 챔버(3)를 포함하고, 반응 챔버(3)에는 웨이퍼(5)를 배치하는 척(9)을 설치하고, 반응 챔버(3)의 상부에는 유전 윈도우(1)을 설치하며, 유전 윈도우(1)의 중앙부분에는 유입구(2)를 설치하고, 기체유입장치(8)는 유입구(2)를 통해 공정 기체를 반응 챔버(3)내로 유입시킨다. 유전 윈도우(1)의 상부에 유도 결합 코일(4)을 설치하고, 유도 결합 코일(4)의 입력단은 정합기(12)(즉, 전파 주파수 정합기)를 통해 전파 주파수(RF:Radio Frequency)원(7)과 연결되며, 유도 결합 코일(4)의 출력단은 접지를 통해 정전용량(C0)를 접지한다. 반응 챔버(3)에서 유도 전기장을 생성하고, 반응 챔버(3)내로 진입한 기체를 여기시켜 플라즈마로 형성함으로써 웨이퍼(5)에 대해 식각 등의 가공을 진행한다.9, 10 and 11 at the same time, the inductively coupled plasma apparatus provided by the present invention comprises a reaction chamber 3, in which the chuck 9 for placing a
상기 장치에서 유도 결합 코일(4)의 다수개의 독립 분기 간은 서로 병렬이고, 다수개의 독립 분기의 입력단은 가변정전용량(C1)과 직렬연결되고, 가변정전용량(C1)의 크기를 변화시킴에 따라 각 독립 분기의 임피던스를 변화시킬 수 있으며, 정전용량(C0)의 접지는 코일의 전류 및 전압의 최대치 및 최소치의 위치를 결정하므로, 각 독립 분기의 전류 및 전압 모두 조절할 수 있는 것이다. 이렇게 각 독립 분기의 전류의 비교값을 조절함으로써 플라즈마 밀도 분포를 조절할 수 있어 플라즈마 균일성을 더 잘 제어할 수 있다.In this arrangement, the plurality of independent branches of the inductive coupling coil 4 are parallel to each other, the input terminals of the plurality of independent branches are connected in series with the variable capacitance C1, and the size of the variable capacitance C1 is varied. Accordingly, the impedance of each independent branch can be changed, and the ground of the capacitance C0 determines the positions of the maximum and minimum values of the current and voltage of the coil, so that the current and voltage of each independent branch can be adjusted. In this way, the plasma density distribution can be adjusted by adjusting the comparison values of the currents of the independent branches, so that the plasma uniformity can be better controlled.
도 9에서 도시하는 바와 같이, 본 발명이 제공하는 유도 결합 플라즈마 장치의 제1실시예에서 유도 결합 코일(4)의 다수개의 독립 분기는 상호 병렬 연결되고, 그 다음 정합기(12)를 통해 RF(전파 주파수)원(7)과 연결된다.As shown in Fig. 9, in the first embodiment of the inductively coupled plasma apparatus provided by the present invention, a plurality of independent branches of the inductively coupled coils 4 are connected in parallel to each other, and then through the
도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명이 제공하는 유도 결합 플라즈마 장치의 제2실시예에서, 유도 결합 코일(4)의 다수개의 독립 분기는 상호 병렬 연결되고, 입력단은 가변정전용량(C1)과 직렬연결되며, 그 다음 정합기(12)를 통해 RF(전파 주파수)원(7)과 연결된다. As shown in Fig. 10, in the second embodiment of the inductively coupled plasma apparatus provided by the present invention, a plurality of independent branches of the inductively coupled coils 4 are connected in parallel to each other, and the input terminal has a variable capacitance C1 and It is connected in series and is then connected to an RF (radio frequency) source 7 via a
도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명이 제공하는 유도 결합 플라즈마 장치의 제3실시예에서, 유도 결합 코일(4)의 다수개의 독립 분기는 입력단이 가변정전용량(C1)과 직렬연결된 다음, 상호 병렬 연결되고, 정합기(12)를 통해 RF(전파 주파수)원(7)과 연결된다. As shown in Fig. 11, in the third embodiment of the inductively coupled plasma apparatus provided by the present invention, a plurality of independent branches of the inductively coupled coil 4 are connected to each other after the input terminal is connected in series with the variable capacitance C1. It is connected in parallel and is connected to the RF (propagation frequency) source 7 via the
상술한 설명으로부터 알 수 있듯이 본 발명이 제공하는 유도 결합 코일의 각 독립 분기는 모두 평면부와 입체부의 결합이고, 입체부는 중간에 위치하여, 이러한 구조는 유도 결합 코일이 반응 챔버의 중간에서 생성하는 전기장을 상기 유도 결합 코일의 평면부분이 챔버 내의 상응하는 위치에서 생성하는 전기장보다 작게 하여, 선행 기술의 유도 결합 코일의 결함을 쉽게 해결할 수 있음으로써, 플라즈마의 챔버 중심 및 가장자리의 분포가 더욱 균일하게 된다.As can be seen from the above description, each independent branch of the inductive coupling coil provided by the present invention is a combination of the planar portion and the three-dimensional portion, and the three-dimensional portion is located in the middle, such a structure is such that the inductive coupling coil is generated in the middle of the reaction chamber. By making the electric field smaller than the electric field generated by the planar portion of the inductive coupling coil at the corresponding position in the chamber, it is possible to easily solve the defect of the inductive coupling coil of the prior art, so that the distribution of the chamber center and the edge of the plasma is more uniform. do.
또한, 본 발명은 구조가 기본적으로 동일한 독립 분기가 대칭 병렬 연결되도록하여 유도 결합 코일의 유도를 감소시킴으로써, 쉽게 대면적의 플라즈마를 얻을 수 있어, 대면적 공정 중 플라즈마의 균일성을 개선할 수 있다. 동시에 이러한 유도 결합 코일 구조는 반응 챔버의 전자장 분포를 대칭으로 형성하여 플라즈마의 분포를 중심과 가장자리에서 더욱 균일하게 한다. 플라즈마의 반응 챔버 내 균일한 분포는 식각 물질 표면에 발생하는 화학반응의 속도 차이를 비교적 적게 하고, 식각율을 균일하게 함으로써, 웨이퍼의 식각 품질을 향상시켰다.In addition, the present invention by reducing the induction of the inductive coupling coil by the symmetrical parallel connection of basically independent branches of the same structure, it is possible to easily obtain a large-area plasma, it is possible to improve the uniformity of the plasma during the large-area process . At the same time, this inductively coupled coil structure symmetrically forms the electromagnetic field distribution of the reaction chamber, making the distribution of the plasma more uniform at the center and the edge. The uniform distribution in the reaction chamber of the plasma improved the etching quality of the wafer by making the difference in the rate of chemical reaction occurring on the surface of the etching material relatively small and making the etching rate uniform.
본 발명이 제공하는 유도 결합 코일을 채용하는 플라즈마 장치도 동일하게 반응 챔버 내 플라즈마의 분포를 균일하게 하고, 식각 물질 표면에 발생하는 화학반응의 속도 차이를 비교적 적게 하며, 식각율을 균일하게 하는 등의 장점을 가짐으로써, 이러한 플라즈마 장치를 채용하여 식각 등 가공 공정을 진행하는 것은 웨이퍼의 식각 품질을 충분히 향상시킬 수 있다는 것을 이해할 수 있다.The plasma apparatus employing the inductively coupled coil provided by the present invention also equalizes the distribution of plasma in the reaction chamber, makes the difference in the rate of chemical reaction occurring on the surface of the etching material relatively small, uniforms the etching rate, and the like. By having the advantage of, it can be understood that proceeding a processing process such as etching by employing such a plasma apparatus can sufficiently improve the etching quality of the wafer.
지적이 필요한 것은 본 발명이 채용하는 RF(전파 주파수)원은 한 대 또는 다수 대가 될 수 있다는 것이며, 다수개의 독립 분기도 각각 단독으로 정합기(12)를 통해 RF(전파 주파수)원(7)과 연결될 수 있다는 것이다.It is necessary to point out that the RF (radio frequency) source employed by the present invention may be one or a plurality of RF sources, and a plurality of independent branches may be independently provided through the
또 지적해야 할 것은, 본 발명이 제공하는 유도 결합 코일 및 그 유도 결합 코일을 채용하는 플라즈마 장치는 주로 반도체 웨이퍼 가공 설비에 사용되나 이에 한정되지 않으며, 기타 설비에도 적용될 수 있다는 것이다.It should also be pointed out that the inductive coupling coil provided by the present invention and the plasma apparatus employing the inductive coupling coil are mainly used in semiconductor wafer processing equipment, but are not limited thereto, and may be applied to other equipment.
상술한 내용은 본 발명의 바람직한 구체적 실시예가 될 뿐이며 본 발명의 보호 범위는 결코 이에 국한되지 않으며, 어떠한 당업자도 본 발명이 개시하는 기술 범위 내 쉽게 생각할 수 있는 변화와 교체도 모두 본 발명의 보호 범위 내 포함되는 것이다. The foregoing descriptions are merely specific embodiments of the present invention, and the protection scope of the present invention is not limited thereto, and any changes and replacements readily conceivable by a person skilled in the art within the technical scope disclosed by the present invention are all protection scope of the present invention. My will be included.
본 발명의 일실시예는 핵심 유도 결합 코일로써 다수의 분기로 코일을 구성하고 각 분기는 평면부와 입체부로 유기적으로 결합되므로, 플라즈마는 반응 챔버 내의 웨이퍼 상방에 균일하게 분포하게 되어 웨이퍼 표면에 화학반응의 속도 차이가 비교적 적게 되고 식각율이 균일하게 되므로, 웨이퍼의 식각 품질을 향상시킨 다. 본 유도 결합 코일을 채용한 플라즈마 장치도 동일하게 플라즈마 분포가 균일하고, 식각율도 균일하며, 식각 품질이 높은 특징을 가지게 된다.One embodiment of the present invention is a core inductive coupling coil consisting of a plurality of branches of the coil and each branch is organically coupled to the planar portion and the three-dimensional portion, plasma is uniformly distributed above the wafer in the reaction chamber chemical Since the difference in rate of reaction is relatively small and the etching rate is uniform, the etching quality of the wafer is improved. Similarly, the plasma apparatus employing the inductive coupling coil has the characteristics of uniform plasma distribution, uniform etching rate, and high etching quality.
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